KR20150044400A - 금속성 복합 파이프 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 금속 층과 제2 금속 층으로 이루어진 밴드로 파이프를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 층들은 밴드의 전체 길이에 걸쳐서 서로 야금학적으로(metallurgically) 접합되는 방법에 관한 것이다. 길이방향으로 진행하는 상기 밴드는 길이방향 가장자리가 세로로 연장되는 슬릿을 따라서 서로 맞닿아 오픈-시임 파이프(open-seam pipe)로 형성되고, 상기 슬릿은 사방이 폐쇄된 파이프를 형성하도록 용접된다. 밴드의 두 개의 길이방향 가장자리를 따라서, 상기 밴드의 전체 길이에 걸쳐서 진행하는 스트립에 있는 제2 금속으로부터 제1 금속이 제거된다. 상기 밴드는 외부에 제1 금속이 위치된 오픈-시임 파이프로 형성되며, 제2 금속 층의 접한 가장자리는 서로 사방이 폐쇄된 파이프를 형성하도록 용접된다. 그런 다음, 사방이 폐쇄된 제1 금속 층을 갖는 파이프를 형성하도록, 상기 용접 시임의 영역에서, 제1 금속 층이 제2 금속 상에 침착된다.

Description

금속성 복합 파이프 제조 방법{METHOD OF PRODUCING METALLIC COMPOSITE PIPES}

본 발명은 제1 금속 층과 제2 금속 층으로 이루어진 밴드로 파이프를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 층들은 밴드의 전체 길이에 걸쳐서 서로 야금학적으로(metallurgically) 접합되며, 상기 접합에 의하여, 길이방향으로 진행하는 상기 밴드는 길이방향 가장자리가 세로로 연장되는 슬릿을 따라서 서로 맞닿아 오픈-시임 파이프(open-seam pipe)로 형성되고, 상기 슬릿은 사방이 폐쇄된 파이프를 형성하도록 용접되는, 파이프 제조 방법에 관한 것이다.

용어 "금속"은 이후에 용어 "합금"을 의미하는 것과 유사하게 이해될 것이다.

상이한 금속의 2개의 층으로 만들어진 금속성 파이프들은 특히 케이블 산업에서 및 가스 및 액체를 수송하기 위하여 다양하게 적용된다. 이러한 복합 파이프의 경우에, 사용된 금속의 바람직한 특성은 유익하게 똑같이 이용될 수 있다. 예를 들어, 부식 방지 이유 때문에 파이프가 외부에 도금되거나 또는 보다 양호한 열전도를 제공하는 것이 가능하다. 전기 전도성 케이블은 저렴한 기본재 알루미늄와 그 위에 양호한 전기 전도체인 구리층이 도금되어 구성될 수 있다. 이러한 CCA(구리 피복 알루미늄) 파이프는 특히 고주파수 도체로서 표피 효과(skin effect)에 의해 특히 효과적이다.

이러한 금속성 파이프들을 제조하는 공지된 방법은 전기 도금 또는 기계적 접합 기술에 기초한다.

금속성 층은 예를 들어 아연 도금 강 파이프의 제조에서 행해지는 바와 같이 금속 파이프 상에 전기 도금될 수 있다. 이러한 것은 2개의 금속 층들 사이에 강인한 결합(unbreakable bond)을 일으킨다. 전기 도금은 에너지 소비 공정이며, 비교적 낮은 생산속도와 관련된다.

기계적인 방법은 예를 들어 플레이팅(plating)을 포함한다. 평탄 금속성 밴드는 그 위로 압연되는 일부 다른 금속으로 만들어진 얇은 평탄 밴드를 가진다. 이러한 방식으로 플레이팅된 금속 스트립은 그런 다음 파이프로 성형되고 용접될 수 있다. 이러한 방법의 하나의 결점은 용접 중 2개의 금속이 혼합되기 때문에 파이프의 용접 시임 영역에서 존재하는 자족적인(self-contained) 균일한 외부층이 없다는 것이다. 그 결과, 파이프의 재료 특성이 용접 시임 영역에서 제어된 방식으로 위치되는 것이 가능하지 않고, 이러한 재료 특성은 파이프의 나머지의 재료 특성과 상당히 다를 수 있다. 더욱이, 혼합은 용접 시임의 취약성(embrittlement)을 초래할 수 있다.

EP 1 469 486 B1은 예를 들어 동축 케이블을 제조하기 위해 사용될 수 있는 구리 코팅 알루미늄 스트립을 개시한다. 구리 도금 밴드는 필요한 응용을 위해 알루미늄 스트립이 구리 스트립보다 다소 넓도록 제조된다. 파이프로 형성되는 밴드를 용접하는 작업 동안, 단지 알루미늄만 용접된다. 그러나, 이러한 것은 알루미늄 용접 시임을 따르는 갭을 갖는 구리 층을 초래한다. 그러므로, 완성된 케이블의 전도성 특성은 특히 고주파수 범위에서 손상된다. 또한, 알루미늄은 용접 시임 영역에서 부식에 노출된다.

본 발명의 목적은, 사방이 폐쇄된 균일한 외부층을 갖고 파이프의 나머지에 대하여 용접 시임 영역에서 재료의 특성에서 어떠한 변화도 갖지 않는 우수한 파이프를 제조하는 연속 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따라,

- 밴드의 두 개의 길이방향 가장자리를 따라서, 상기 밴드의 전체 길이에 걸쳐서 진행하는 스트립에 있는 제2 금속으로부터 제1 금속이 제거되고,

- 상기 밴드는 외부에 제1 금속이 위치된 오픈-시임 파이프로 형성되며,

- 상기 제2 금속 층의 접한 가장자리는 서로 용접되고,

- 사방이 폐쇄된 제1 금속 층을 갖는 파이프를 형성하도록, 상기 용접 시임의 영역에서, 제1 금속 층이 제2 금속 상에 침착되는 것에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법은, 제1 금속 및 제2 금속이 용접 시임 영역에서 혼합되지 않고, 그러므로, 특히 불필요한 취약성을 일으키지 않는 것을 보장한다. 그러므로, 용접 시임 영역에서 파이프의 재료 특성은 파이프의 나머지의 재료 특성과 거의 동일하다.

본 발명의 목적으로부터 직접 달성되는 이점과 함께, 본 발명에 따른 방법은 융통성이 있으며, 높은 생산속도를 허용하고, 비교적 낮은 생산 비용과 관련되고 비교적 작은 양의 에너지를 요구하는 이점을 제공한다. 특히, 제1 금속의 스트립을 제거하는 단계는 제조될 파이프에 필요한 것보다 큰 개시 폭을 갖는 플레이팅된 금속 밴드가 본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있다는 이점을 가진다. 이러한 넓은 금속 밴드(통상 코일 형태로 존재하는)는 밴드로부터 절단된 바람직한 적용을 위해 요구되는 필요한 폭의 금속 밴드를 갖는다. 크기에 맞춰 절단된 밴드는 그런 다음 예를 들어 로터리 전단기(rotary shear)에 의해 그 가장자리를 따라서 트리밍될 수 있으며, 그러므로, 약간 다른 파이프 직경의 파이프를 제조하도록 크기에 맞춰 절단된 하나의 밴드를 사용하는 것이 가능하다. 그러므로, 플레이팅된 금속 파이프를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 융통성이 있으며 비용 효과적이다.

이하에서는 본 발명에 따른 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 요지의 실시예가 도면에 도시되어 있다:
도 1은 본 발명에 따른 방법의 실시예에 따라 금속으로 파이프를 제조하는 장치의 개략도; 및
도 2a 내지 도 2d는 각각 본 발명에 따른 방법의 단계들 중 금속 밴드 또는 파이프의 개략적 단면도이다.

도 1에 개략적으로 도시된 장치는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 금속으로 파이프를 제조하도록 사용된다. 금속 밴드(10)는 밴드 스토어(1)로부터 인출된다. 도 2a에 예시된 밴드(10)는 제1 금속 층 및 제2 금속 층으로 이루어지며, 상기 층들은 밴드의 전체 길이에 걸쳐 서로 야금학적으로 접합되어 있다. 스카이빙(skiving) 또는 밀링 장치(3)에서, 밴드(10)의 2개의 길이방향 가장자리를 따라서, 밴드의 전체 길이에 걸쳐서 진행하는 스트립에 있는 제2 금속으로부터 제1 금속이 제거된다. 도 2b는 제1 금속의 스트립이 제거된 위치(20)들을 갖는 금속 밴드(10)를 개략적으로 도시한다. 이러한 작업 단계에 수반하여 제2 금속의 임의의 부분적인 제거가 실행될 수 있으며, 이는 완성된 파이프의 품질에 어떠한 중요한 영향도 미치지 않는다.

그런 다음, 밴드(10)는 성형 장치(4), 예를 들어 롤러 또는 슬라이딩 공구로 이송된다. 밴드 에지 또는 로터리 전단기(5)가 밴드 스토어(1)와 성형 장치(4) 사이에 위치되고, 밴드(10)를 일정 크기로 절단하도록 사용된다. 전단기(5)는 스카이빙 블레이드(3)의 상류 또는 하류에 배열될 수 있다.

그런 다음, 밴드(10)는 파이프를 형성하기 위하여 제1 금속 층이 외부에 위치되도록 성형 장치(4)에서 오픈 시임 파이프로 정밀하게 성형된다. 동시에, 케이블 코어 또는 일부 다른 형태의 충전물(도시되지 않음)을 그 둘레에서 오픈 시임 파이프가 가이드되도록 공급하는 것이 가능하다. 오픈 시임 파이프의 종방향으로 진행하는 제2 금속 층의 접합 가장자리는 용접 장치(6)에서 서로 용접되며, 이에 따라 사방이 폐쇄된 파이프(7)가 얻어진다. 도 2c에는, 용접 시임의 영역에서 제1 금속의 갭(30)을 갖는 용접된 파이프(7)의 단면이 도시되어 있다. 길이방향 시임 용접은 바람직하게는 텅스텐 불활성 가스 또는 레이저 용접에 의해 수행된다.

그런 다음, 용접 시임의 영역에서, 제1 금속의 층이 제2 용접 장치(8)에서 제2 금속 상에 침착되고, 그 결과로 사방이 폐쇄된 제1 금속 층을 갖는 파이프가 얻어진다. 도 2d에는, 제1 금속의 침착된 층(40)이 오픈 시임 파이프의 용접 후에 남겨진 갭을 완전히 폐쇄하여 형성된 파이프(13)의 단면이 도시되어 있다. 침착 용접(deposition welding) 동안, 제1 금속은 분말, 와이어 또는 밴드 형태로 용접 위치로 연속적으로 공급되고, 재료는 레이저 빔에 의해 용접된다. 제2 금속의 표면은 용접 시임의 영역에서 용융하기 시작한다. 바람직하게는 표면 침착은 보호 분위기 하에서 일어난다.

대안으로서, 제1 금속이 열 분사에 의해 제2 금속의 용접 시임 상에 침착되는 것이 또한 가능하다. 열 분사 동안, 용융된 제1 금속의 입자는 제2 금속의 표면 상에 가스 스트림으로 분사된다. 입자가 표면과 접촉하게 됨으로써, 분사된 입자는 좁은 틈 사이에 단단히 삽입되거나 또는 상호 록킹되며, 이에 의하여 제1 금속의 층을 형성한다. 제2 금속의 표면은 여기에서 용융을 시작하지 않고, 단지 약간의 범위까지 열 부하를 받는다. 레이저 분사는 열 분사의 예이다.

설명된 두 방법의 경우에, 제2 금속의 용접 시임의 영역에서 가열되는 구역은 매우 작다. 그러므로, 두 방법을 사용하여, 바람직하게도, 제2 금속의 용융되거나 또는 제2 금속의 용접 시임이 손상됨이 없이, 낮은 용융 온도를 갖는 제2 금속, 예를 들어 알루미늄 상에 높은 용융 온도를 갖는 제1 금속, 예를 들어 구리를 침착하는 것이 가능하다. 이는 마찬가지로 알루미늄 및 구리 합금에 상응하게 적용된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제조된 파이프(13)는 인출 장치(11)에 의해 파지되어, 인출 장치(11)의 상류에 제공된 축경 장치(12, diameter-reducing arrangement)를 통해 인출될 수 있다. 파이프가 코어를 포함하면, 파이프가 하류로 인발되면서 파이프의 직경이 축소되며, 이에 따라 파이프 단부들은 코어에 접하게 되고 파이프와 코어 사이에 존재하는 공기 갭이 제거된다. 축경 장치(12)는 예를 들어 다이일 수 있다. 축경 장치(12)가 적어도 하나의 롤러 프레임(예를 들어, 소위 턱스 헤드(Turk's head))를 포함하는 것도 마찬가지로 가능하다. 롤러 프레임은 구동되거나 또는 구동되지 않을 수 있다. 이러한 인발 또는 압연 공정은 외측의 표면을 동반하며, 제1 금속은 침착 영역에서 매끄럽게 되고 안정된다. 이러한 축소 단계 동안 파이프의 벽 두께는 줄어들지 않는다.

인출 장치(11)는 예를 들어 밴드 인출 수단 또는 콜릿-척(collet-chuck) 인출 수단을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 추가 인출 장치(14)가 다이 또는 롤러 프레임(12)의 상류에 배열될 수 있다. 추가 인출 장치(14)는 페이 오프(pay-off) 수단(1)으로부터 금속 밴드(10)를 풀기 위하여 필요한 힘을 인가하고, 전단기와 성형 장치가 전용 구동부를 갖지 않는다면 가능하게 밴드를 밴드 가장자리 전단기(5)와 성형 장치(4)를 통해인발한다. 그런 다음, 필요한 것은 인출 장치(11)가 다이 또는 롤러 프레임(12)에서 파이프(13)를 변형시키는데 필요한 힘을 인가하는 것 뿐이다. 또한, 파이프가 하류로 인발됨에 따라, 파이프가 비틀림 및 비교적 작은 레벨의 진동을 보이는 것이 가능하다. 이러한 움직임은 용접 결과에 악영향을 줄 수 있다. 추가 인출 장치(14)는 상류 용접 장치(6, 8)에서 용접시에 축소 작업의 영향을 격리하는 역할을 한다.

완성된 금속 파이프(13)는 그럼 다음 추가 처리 또는 장착 장치(도시되지 않음), 예를 들어 테이크업 수단 또는 절단 유닛으로 이송될 수 있다.

상기된 방법을 사용하여 제조된 파이프의 예는 상기한 CCA 파이프이며, 이는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지고 구리 또는 구리 합금으로 만들어진 외부층을 가지는 파이프를 포함한다. 이러한 CCA 파이프는 예를 들어 고주파 케이블에서 내부 전도체 및 차폐물로서 또는 고전압 케이블에서 차폐물로서 사용될 수 있다.

추가적인 예는 부식을 방지하는 역할을 하는 외부 상의 구리 또는 아연 층을 갖는 강 또는 스테인리스강 파이프로 구성된다. 마찬가지로, 강 파이프가 외부 상에 장식용 황동 층을 갖는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 방법은 원형 단면의 금속 파이프를 제조하는데 그리고 다른 단면의 파이프, 예를 들어 직사각형 파이프를 제조하는데 적절하다. 모든 형태의 복합 파이프와 케이블 피복은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 상기된 금속 대신에, 비철 금속 및 상기된 금속 또는 다른 금속의 합금을 사용하는 것이 또한 가능하다.

Claims (8)

1. 구리 층과 알루미늄 층으로 이루어진 밴드(10)로 파이프(13)를 제조하는 방법으로서, 상기 층들은 상기 밴드(10)의 전체 길이에 걸쳐서 서로 야금학적으로 접합되며, 상기 접합에 의하여, 길이방향으로 진행하는 상기 밴드(10)는 길이방향 가장자리가 세로로 연장되는 슬릿을 따라서 서로 맞닿아 오픈-시임 파이프로 형성되고, 상기 슬릿은 사방이 폐쇄된 파이프(7)를 형성하도록 용접되는, 파이프 제조 방법에 있어서,
   - 상기 밴드(10)의 두 개의 길이방향 가장자리를 따라서, 상기 밴드(10)의 전체 길이에 걸쳐서 진행하는 스트립에 있는 알루미늄으로부터 구리가 제거되고,
   - 상기 밴드(10)는 외부에 구리가 위치된 오픈-시임 파이프로 형성되며,
   - 상기 알루미늄 층의 접한 가장자리는 서로 용접되고,
   - 사방이 폐쇄된 구리 층을 갖는 파이프(13)를 형성하도록, 상기 용접 시임의 영역에서, 구리 층(40)이 알루미늄 상에 침착되는 것을 특징으로 하는, 파이프 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구리 층(40)은 레이저 침착 용접에 의해 상기 용접 시임의 영역에 침착되는 것을 특징으로 하는, 파이프 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 구리 층(40)은 보호 분위기 하에서 상기 용접 시임의 영역에 침착되는 것을 특징으로 하는, 파이프 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 파이프(13)는 적어도 하나의 축경 스테이지에서 직경이 축소되는 것을 특징으로 하는, 파이프 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   코어가 아직 용접되지 않은 오픈 시임 파이프 내로 도입되는 것을 특징으로 하는, 파이프 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 파이프(13)는 상기 코어에 접할 때까지 적어도 하나의 축경 스테이지에서 직경이 축소되는 것을 특징으로 하는, 파이프 제조 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속 밴드(10)의 가장자리는 파이프가 성형되기 전에 트리밍되는 것을 특징으로 하는, 파이프 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 파이프(13)는 둥근형, 다각형 또는 다른 형태의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 파이프 제조 방법.

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